上海申弘閥門(mén)有限公司
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石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例
是一種無(wú)需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身壓力為動(dòng)力源，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力恒定的節(jié)能型產(chǎn)品，該閥控制精度高，比一般自力式調(diào)壓閥高一倍左右，適合在控制精度要求較高的場(chǎng)合。
易燃性物質(zhì)貯槽的氣層部有可能有爆炸性氣體，使氣層部處于缺氧狀態(tài)，為不發(fā)生爆炸，應(yīng)采用非活性氣體密封法。氮封裝置主要用于儲(chǔ)罐頂部，來(lái)維持儲(chǔ)罐的微正壓，隔離物料與外界的接觸，減少物料的揮發(fā)和浪費(fèi)，保護(hù)儲(chǔ)罐安全。氮封閥無(wú)需外加能源，利用被調(diào)介質(zhì)自身能量為動(dòng)力源。自動(dòng)控制閥門(mén)介質(zhì)流量，使閥后壓力保持恒定的壓力穩(wěn)定裝置。
石油化工儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)氮封裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范儲(chǔ)罐加氮封的主要是減少易揮發(fā)物料蒸發(fā)，減少大小呼吸損耗，還有就是保護(hù)易氧化物料的變質(zhì)。有很強(qiáng)揮發(fā)性、毒性的和與空氣接觸易于氧化的一般都加氮封，使儲(chǔ)罐內(nèi)維持一定壓力（正壓），防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。同時(shí)減少靜電量，當(dāng)儲(chǔ)罐收發(fā)貨品時(shí)，氣相空間氣體流動(dòng)加劇，單一氣體之間摩擦產(chǎn)生的靜電量較少，可以降低靜電帶來(lái)的負(fù)面影響。例如：在儲(chǔ)罐上設(shè)置氮封系統(tǒng)裝置，維持罐內(nèi)氣相空間壓力在1.2KPa左右，當(dāng)氣相空間壓力高于1.4KPa時(shí)，氮封閥關(guān)閉，停止氮?dú)夤?yīng)；當(dāng)氣相空間壓力低于0.8KPa時(shí)，氮封閥開(kāi)啟，開(kāi)始補(bǔ)充氮?dú)猓ＷC儲(chǔ)罐在正常運(yùn)行過(guò)程中不吸進(jìn)空氣，防止形成爆炸性氣體。
自力式氮封閥有自動(dòng)調(diào)壓的功能，沒(méi)有必要再在前面設(shè)置減壓閥，貯罐的氮封壓力很低，例如我們控制在±800pa，對(duì)于貯槽的保護(hù)一種型式是通過(guò)與自力式氮封閥配套的安裝在貯槽頂?shù)牡忾y來(lái)控制的，該氮封閥也是由自力式調(diào)節(jié)閥廠家提供的，氮封閥的作用是配合自力式調(diào)節(jié)閥工作起到安全的作用，在壓力過(guò)高時(shí)，如當(dāng)貯罐的壓力在+800pa時(shí)，雖然氮封閥停止進(jìn)入氮?dú)猓?dāng)貯罐繼續(xù)進(jìn)入物料時(shí)，貯罐的壓力上升，則貯罐內(nèi)的物料通過(guò)氮封閥排出氣體，以維持貯罐內(nèi)的氣體的壓力維持不超過(guò)+800pa，使貯槽不超壓，不設(shè)安全閥而是通過(guò)氮封閥控制，當(dāng)貯罐壓力將低于－800pa時(shí)，自力式調(diào)節(jié)閥進(jìn)入氮?dú)庖允官A罐壓力不致過(guò)低。
還有一種形式則是自力式調(diào)節(jié)閥與帶雙水封的呼吸槽配套，貯罐壓力也是控制±800pa，工作原理基本同上，當(dāng)壓力達(dá) 到+800pa時(shí)，貯罐內(nèi)的氣體沖破呼吸槽的水封，保持了貯罐內(nèi)的壓力不超過(guò)+800pa，當(dāng)貯罐內(nèi)的壓力過(guò)低時(shí)，一方面自力式調(diào)節(jié)閥動(dòng)作補(bǔ)充氮?dú)獾劫A 罐，以維持氮?dú)鈮毫Σ恢逻^(guò)低，萬(wàn)一自力式調(diào)節(jié)閥故障時(shí)，呼吸槽的另一個(gè)水封起了作用，外界氣體沖破另一水封進(jìn)入貯罐，以維持貯罐壓力不致過(guò)低到 －800pa，避免了貯罐的吸弊，這種形式也沒(méi)有安全閥。上述的形式，即防止了貯罐的正壓可能帶來(lái)的超壓現(xiàn)象，也避免了貯罐負(fù)壓可能帶來(lái)的貯罐吸弊現(xiàn)象，確保了貯罐的安全。
我們看一下規(guī)范是如何要求石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例的設(shè)置：
1.《氣封的設(shè)置》HG/T 20570.16-1995
1.0.1.1 為防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料因與進(jìn)入的外界氣體（空氣） 接觸而被污染變質(zhì)或與外界進(jìn)入的氣體（空氣） 發(fā)生化學(xué)和（或） 生物反應(yīng)， 常需設(shè)置氣封系統(tǒng)。 用氣封氣使儲(chǔ)罐內(nèi)維持一定壓力（正壓）， 防止儲(chǔ)罐內(nèi)物料與外界氣體接觸。
2.《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》
6.2.2當(dāng)單罐容積小于或等于5000m3的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐采用易熔材料制作的浮盤(pán)時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)等安全措施；
6.2.2條文解釋：對(duì)于有特殊要求的甲、乙液體物料，如苯乙烯、加氫原料、丙烯腈等易聚合、易氧化或有毒的液體物料，選用固定頂儲(chǔ)罐或臥式儲(chǔ)罐加氮封儲(chǔ)存也是可行的；
6.2.4A條款：儲(chǔ)存溫度超過(guò)120℃的重油固定頂罐應(yīng)設(shè)置氮?dú)獗Ｗo(hù)。
6.2.4條文解釋：采用固定頂罐或低壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存甲類液體時(shí)，為了防止油氣大量揮發(fā)和改善儲(chǔ)罐的安全狀況，應(yīng)采取減少日曬升溫的措施。其措施主要包括固定式冷卻水噴淋（霧）系統(tǒng)、氣體放空或氣體冷凝固流、加氮封或涂刷合格的隔熱涂料等。
3.《精細(xì)化工企業(yè)工程設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51283-2020）
5.1.5條文解釋：1）對(duì)于會(huì)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢氣的反應(yīng)罐、貯罐、過(guò)濾器等設(shè)備，為避免與氧氣形成爆炸性混合物，應(yīng)采用氮封系統(tǒng)保護(hù)，并以正壓輸送方式輸送到廢氣總管。
6.2.2條文解釋，對(duì)于單罐容積小于100m3或易氧化、易聚合等有特殊要求的甲 B、乙 A類液體物料儲(chǔ)存，可選用固定頂罐加氮?dú)饣蚨栊詺怏w密封?！妒蛶?kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50074-2014）
6.1.2及其條文解釋規(guī)定，當(dāng)選用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐、固定頂儲(chǔ)罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓大于88kPa的甲B類液體時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。當(dāng)采用容量小于或等于10000m3的固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐或容量不大于100m3的臥式儲(chǔ)罐儲(chǔ)存沸點(diǎn)不低于45℃或在37.8℃時(shí)的飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體化工品和輕石腦油時(shí)，應(yīng)設(shè)置氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)系統(tǒng)。儲(chǔ)存Ⅰ、Ⅱ級(jí)毒性的甲B、乙A類液體儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置氮封保護(hù)系統(tǒng)。有些甲B、乙A類液體化工品有防聚合等特殊儲(chǔ)存需要，不適宜采用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，可選用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于50m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取氮封等安全保護(hù)措施，典型的易自聚不穩(wěn)定的丁二烯、苯乙烯儲(chǔ)罐，應(yīng)設(shè)置氮封系統(tǒng)，防止空氣進(jìn)入儲(chǔ)罐。
序號(hào) | 品 名 | 型 號(hào) 及 規(guī) 格 | 單位 | 數(shù)量 |
1 | 氮封閥 (供氮閥) | 氮封閥(供氮閥)ZZYVP-II DN25 PN16 進(jìn)口壓力 0.3-0.8 MPA, 出口壓力0.5-0.8KPA 法蘭連接 對(duì)角螺絲孔中心距85MM 4個(gè)螺絲孔，螺絲孔大小14MM 含同口徑配套Y型過(guò)濾器 | 臺(tái) | 1 |
二、石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例儲(chǔ)罐腐蝕分析
2.1 儲(chǔ)罐儲(chǔ)存介質(zhì)特性與腐蝕性
（1）原油
不同產(chǎn)地的原油，其物性和腐蝕性不一樣。原油的腐蝕性可從5個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)，即原油酸值、原油中的硫含量、原油中的鹽含量、原油中的氮含量和水含量。
由于原油中雜質(zhì)含量較多，在罐底滯留而析出水和雜質(zhì)，析出溶液呈酸性，具有很強(qiáng)的腐蝕性，導(dǎo)致鋼材儲(chǔ)罐腐蝕嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為潰瘍狀坑點(diǎn)腐蝕，甚至可能形成穿孔，所以原油對(duì)罐底板上表面的腐蝕性很強(qiáng)。
在原油儲(chǔ)罐的內(nèi)底板，一般會(huì)沉積一層污泥或油污，它是微生物滋生的場(chǎng)所，容易在污泥層下造成硫酸鹽還原菌（SRB）或其他細(xì)菌的腐蝕。硫酸鹽還原菌的存在，導(dǎo)致活性硫化氫的產(chǎn)生，使得局部酸值降低，從而導(dǎo)致局部腐蝕的發(fā)生。
（2）成品油
成品油主要是指汽油、煤油、柴油、航空煤油等。成品油純度較高，腐蝕性較弱。需要指出的是，航空燃料類儲(chǔ)罐內(nèi)壁的涂料有其特殊規(guī)定，依據(jù)《GB 50393-2017 鋼質(zhì)石油儲(chǔ)罐防腐蝕工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定，航空燃料類儲(chǔ)罐內(nèi)表面應(yīng)采用不含有鋅、銅、鎘成份的導(dǎo)靜電防腐涂料。
（3）中間產(chǎn)品油類
中間產(chǎn)品主要是指石腦油、未加氫汽油、直餾柴油、蠟油、渣油等。中間產(chǎn)品油的腐蝕性比成品油強(qiáng)，比原油腐蝕性弱。但石腦油比較特殊，石腦油來(lái)源于初常頂，石腦油組分中的硫含量非常高，硫、硫化氫等活性硫能直接與金屬作用而腐蝕設(shè)備，造成儲(chǔ)罐的腐蝕加劇，并且石腦油通常含有較高含量的芳香烴，要求儲(chǔ)罐內(nèi)壁涂料具有較強(qiáng)的耐溶劑性。
（4）其他類型產(chǎn)品
其他類型產(chǎn)品包括苯、甲苯、二甲苯、重芳烴等，其溶解性較強(qiáng)，一般的有機(jī)涂層在其長(zhǎng)期浸泡下會(huì)出現(xiàn)軟化、脫落等現(xiàn)象。所以，目前這類罐內(nèi)壁多采用熱噴涂金屬（鋅、鋁、合金、不銹鋼等）防護(hù)措施。
5. 《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH/T 3007-2014）
3.5 可燃液體儲(chǔ)罐的操作壓力應(yīng)按下述原則確定∶
a） 低壓儲(chǔ)罐和壓力儲(chǔ)罐的操作壓力，應(yīng)為液體在最高儲(chǔ)存溫度下的飽和蒸氣壓或工藝操作所需要的最高壓力；
b） 采用氮?dú)饷芊獗Ｗo(hù)的儲(chǔ)罐，其操作壓力宜為0.2kPa～0.5kPa。其他設(shè)置有呼吸閥的儲(chǔ)罐，其操作壓力宜為1kPa～1.5kPa；
c）其他儲(chǔ)罐的操作壓力宜為常壓。
4.2.4 儲(chǔ)存沸點(diǎn)低于45℃或在37.8℃時(shí)飽和蒸氣壓大于88kPa的甲b類液體，應(yīng)采用壓力儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐或降溫儲(chǔ)存的常壓儲(chǔ)罐，并應(yīng)符合下列規(guī)定∶
a）選用壓力儲(chǔ)罐或低壓儲(chǔ)罐時(shí)，應(yīng)采取防止空氣進(jìn)入罐內(nèi)的措施，并應(yīng)密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
b） 選用降溫儲(chǔ)存的常壓儲(chǔ)罐時(shí)，應(yīng)采取下列措施之一∶
——選用內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐，設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度使液體蒸氣壓不大于88kPa
——選用固定頂儲(chǔ)罐，設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度低于液體閃點(diǎn)5℃及以下
—選用固定頂儲(chǔ)罐，設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度使液體蒸氣壓不大于88kPa，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體。
4.2.5 儲(chǔ)存沸點(diǎn)大于或等于45℃或在37.8℃時(shí)飽和蒸氣壓不大于88kPa的甲B、乙A類液體，應(yīng)選用浮頂儲(chǔ)罐或內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐。其他甲B、乙人類液體化工品有特殊儲(chǔ)存需要時(shí)，可以選用固定頂儲(chǔ)罐、低壓儲(chǔ)罐和容量小于或等于100m3的臥式儲(chǔ)罐，但應(yīng)采取下列措施之一∶
——設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體；
———設(shè)置氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲(chǔ)存溫度低于液體閃點(diǎn)5℃及以下。
（B）控制閥后壓力
（K）控制閥前壓力
二、石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例主要零件材料
閥 體：ZG230～450、ZG1Cr18Ni9Ti、ZGCr18Ni12Mo2Ti
閥 芯：1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
閥 座：1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
波紋管：1Cr18Ni9Ti
膜 蓋：A3、1Cr18Ni9Ti
膜 片：丁脯橡膠、耐油像膠、氟橡膠
三、石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例主要技術(shù)參數(shù)
公稱通徑DN（mm） | 20 | 25 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 | |||
閥座直徑（mm） | 6 | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
額定流量系數(shù)KV | 3.2 | 5 | 8 | 11 | 20 | 50 | 80 | 100 | 160 | |
壓力調(diào)節(jié)范圍KPa | 0.5～5.5、5～10、9～14、13～19、18～24、23～28 | |||||||||
公稱壓力PN（MPa） | 1.0 1.6 | |||||||||
被調(diào)介質(zhì)溫度（°C） | ≤80 | |||||||||
調(diào)節(jié)精度（%） | ±10 | |||||||||
允許泄漏量 | 10-4X閥額定容量 | |||||||||
四、石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例 外形尺寸
公稱通徑DN | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
A | 395 | |||||||
H | 680 | 690 | 710 | 720 | 735 | 797 | 837 | 1050 |
L | 185 | 200 | 205 | 222 | 254 | 276 | 298 | 352 |
法蘭標(biāo)準(zhǔn) | GB:1.6、2.5、4.0MPa ANSI:150、JIS:10K | |||||||
注：本表法蘭距離以PN16為依據(jù)。
6 石油化工儲(chǔ)罐自力式氮封閥裝置應(yīng)用案例儲(chǔ)罐防腐及其他
7.4 儲(chǔ)存易氧化、易聚合不穩(wěn)定的物料時(shí)，應(yīng)采取氮?dú)飧采w隔絕空氣的措施。
從上面幾個(gè)規(guī)范來(lái)看，對(duì)各種儲(chǔ)罐儲(chǔ)存何種物料、蒸汽壓力、溫度情況下設(shè)置氮封有了明確的要求，甚至氮封操作壓力也有具體數(shù)據(jù)。但是沒(méi)有找到對(duì)氮?dú)鉂舛纫蟮木唧w參數(shù)要求。
化工儲(chǔ)罐氮封，更多考慮的是防爆，將可燃?xì)怏w的濃度惰化到遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于爆炸濃度下限。根據(jù)這個(gè)原則，我們可以參考《GB/T 37241-2018 惰化防爆指南》中附錄A的內(nèi)容，理論上可以根據(jù)各種可燃?xì)怏w介質(zhì)的極限氧濃度來(lái)選擇我們氮封的濃度值，例如二硫化碳介質(zhì)，極限爆炸氧濃度為3.0%，那么我們只需要保證氮?dú)獾募兌却笥冢?-3.0%）=0.97，也就是大于97%的濃度即可。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在烴類蒸汽與空氣的混合物中，氮?dú)夂看笥?2%就不會(huì)發(fā)生爆炸。
